压气机失速研究及设计方法的讨论.pdf

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1、2010年第2期(总第116期)内燃机与动力装置I．C．E&Powerplant2010年4月【设计研究】压气机失速研究及设计方法的讨论冀春俊1，范苏月1，王澄宇2。刘卫兵2(1．大连理工大学，辽宁大连116024；2．中国露笑集团公司，浙江诸暨311814)摘要：本文利用NREC软件对某存在严重失速问题的高速压气机进行重新设计，并通过流体分析软件Numeca进行了数值模拟验证。流动分析结果表明压气机内有较强的失速从而对于叶片的安全性构成了致命的威胁；本文通过改进叶片的弯转角变化规律和短叶片的设计，有效地避免了失速，对于改

2、进叶轮的可靠性做出了有益的探索。关键词：压气机；长短叶片；数值模拟中图分类号：TH452文献标识码：A文章编号：1673—6397(2010)02—0001—04StallInvestigationandDesignImprovementofaTurbocharger·—compressorJIChun—junl，FANSu—yuel，WANGCheng—yu2，LIUWei—bin92(1．DalianUniversityofTechnology，Dalian16024，China；2．RoshowGroupCo．，Lt

3、d．，Zhuji311814，China)Abstract：BasedonCFDtechnicalandNumeral／NRECsoftware，thethreedimensionalflowinahighspeedcompressorwithsplitbladewasanalyzedinthispaper．Resultsindicatethatstrongstallsintheimpellerpassagesmaybringagreathazardtothesafetyoftheblades．Studyofthestal

4、lpatternfoundoutthatthestallsarecloselyrelatedwiththeflowangledistributionandthedesignoftheshortblade．Bycontroltotheflowangleandtheshortbladedesign，thestallcanbeavoidedsuccessfully．Thestudyisgoodfortheimprovementofthereliabilityoftheimpellers．KeyWords：Compressor；l

5、ong／shortBlades；NumericalSimulation引言压缩机在我国同民经济建设中数量多，应用广，占有重要地位。工业上压缩机经常在部分负荷下运行，在这种状态下，压缩机很可能将伴随着旋转失速和喘振等非稳态流的发生和发展，所以，对压缩机内部流动分析的研究意义十分重要。然而随着流动计算分析技术的日益提高，人们对于离心压气机内部的流动认识越来越深刻，特别是随着动态模拟计算技术的提高，失速以及由于失速引起的交变应力已经可以得到定量的结果，因此在设计阶段进行流动的计算分析，特别是对于失速现象的分析，从而在没计阶段做到

6、有效控制失速的产生是提高叶轮可靠性的有效途径。然而由于现代压气机设计技术的提高，设计精度已经达到流动对于几何非常敏感的程度，很多非稳定流动现象对于叶片的可靠性起着决定性的作用，因此利用流动分析结合力学计算分析的方法来研究叶轮可靠性势在必行。就压气机的设计而言，需要严谨的理论支持和设计手段。本文对压气机的设计进行了简单的总结，并提出了一些设想，对于叶轮兼顾可靠性的气动设计方法进行了有益的尝试。1离心压气机的气动设计方法1．1离心压气机的气动设计方法简介在三维CFD技术广泛应用于压气机设计体系之前，设计者采用的都是一维、二维并

7、需要用经验校准设计体系。早期的设计中，在压气机设计的准备作者简介：冀春俊(1962一)，男，河南镇平人，博士生导师，主要研究方向为透平压缩机气动性能计算分析与优化。内燃机与动力装置2010年4月阶段，需要对一些候选机型进行计算，以便选出能够达到标准的压气机结构。为了避免失速的产生，设计者通常采用失速预估的方法。但是由于叶轮机械内部流场极其复杂：有转动和非转动部件，叶片表面边界层等，因此流动足非定常、全三维的，而且还有粘性影响。如果直接求解这样一个流场，工作量将是十分巨大而且困难的。现在很多研究人员以及科研机构所采用的主要是

8、基于吴仲华教授的两类流面理论(S1和s2流面)而建立起来的设计体系。单独使用sl流面设计程序就可迅速而又经济的完成大部分优化叶型的工作；单独使用s2流面计算程序也很方便的获得参数沿径向的分布。然后再通过两者的相互迭代便可以实现流场的全三元求解。不过作为工程设计，绝大多数都使用准三元法。所谓准三元法是指用